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冶金自动化论文 浅谈人工智能在冶金自动化中的应用

2018-12-17 17:47:34来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要:介绍了人工智能技术在冶金自动化中的具体应用,并基于我国冶金智能化的发展现状,为我国冶金智能化未来的发展提供了一些建议。

  关键词:人工智能;冶金;自动化

  1 人工智能在冶金自动化中的应用

  1.1 冶炼和轧制过程智能控制

  目前,人工智能已经被广泛的应用于冶炼和轧制过程之中,对其进行智能的控制,包括模糊逻辑、人工智能网络、集成智能化模型和进化计算等人工智能技术已经被应用于冶金工业的生产之中, 通过这些技术能够实现轧钢产品质量建模、高炉炉顶压力控制、碳钢冷轧机煤气加压站控制、转炉煤气温度控制、烧结过程控制等智能控制工作,提升冶金生产的效率。

  举例来说,通过应用神经网络和进化算法能够实现钢温度控制,通过神经网络还能够实现连铸板坯质量在线诊断等。在生产中应用分层模糊神经网络能够实现对轧钢产品质量的建模,并且基于此能够建立起热连轧生产过程的关系模型,而且还能够使用经过预处理后的数据进行训练和校验等工作,通过这样的方式有助于产品质量的提升,给企业带来更加丰厚的经济效益。通过利用神经网络和模糊控制技术能够建立起冶金烧结炉温度控制系统,通过大量的实验分析以及现场测试等可以证实吗,应用这两种人工智能技术建立起来的控制系统在动态性能和稳态精度方面都有良好的表现,与之前应用的传统控制方案相比性能优越明显,能够充分的满足目前粉末冶金工艺的需求,对生产质量和效率的提升具有重要的作用。

  通过应用模糊控制算法而建立起来的冷轧板反馈控制系统是人工智能技术在冶炼和轧制过程中应用的另一成功案例,在冷轧板反馈系统中,为了取得良好的产品加工效果必须要实现对工作辊的乳化液分段冷却的良好控制。为了达到这种控制目的,应用模糊控制算法建立起一种乳化液的分段冷却控制方法,在算法中考虑到了板形在时间和空间上的变化情况,因而采用了绝对板形偏差、时间上波动的板形偏差和空间上波动的板形偏差三部分偏差。通过这种模糊控制能够对板形缺陷严重程度的隶属值进行计算,从而在计算的基础上来决定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态。将这种控制算法应用到乳化液分段冷却控制中具有非常强的鲁棒性,同时适用范围也较广,能够在非线性和滞后系统的控制中进行应用。由于此算法在设计时考虑到了板材在空间和时间两方面的变化,因此使其还具有一定的板材预测的能力,从而能够对板材进行更好的控制,有效的减少高次版形缺陷,以及残余板形误差,在实际的应用过程中取得了非常好的效果。

  1.2 冶金智能机器人

  目前,工业机器人已经在工业生产中得到了广泛的应用,尤其是在制造行业中,工业机器人的作用愈发重要。工业机器人能够在高温、有毒以及其它高危环境中工作,在有效的改善工人的劳动环境的同时能够有效的提升工作的质量,这也使其在工业生产中有了越来越重要的作用。如图1中的多功能机器人,能够应用于冶金、建筑、消防等多方面。

  图1 多功能作业机器人

  目前,世界上的先进工业国家都在努力的进行工业机器人的研究,制定了许多机器人发展方向的计划,而我国也制定了相应的智能制造等发展计划。2013年9月,上海举办了国际金属成型展览会,在该次展会上可以看到工业机器人能够在铸造自动化生产线上得到应用,这给智能机器人在冶金行业上的广泛应用奠定了基础,但是截至目前,冶金工业中智能机器人的应用还不够普遍,目前冶金行业中智能机器人的应用主要集中在铸造、锻造以及搬用等作业之中,此外,在矿井灾害处置以及矿井安全预测方面机器人系统也有着重要的应用,相信在不久的将来,随着智能技术的不断发展,冶金智能机器人还能够发挥更重要的作用,促进冶金行业的进一步发展。

  1.3 专家控制及网络神经控制

  专家系统是一个智能计算机控制系统,它能够通过人类学者和专家等具有的专业知识以及解决问题的经验来解决在类似领域中遇到的问题,其主要的功能就是能够模拟人类专家来解决遇到的问题。专家控制是在专家系统的理论之下,辅以控制理论技术来实现生产的控制。在冶金工业中应用专家控制能够有效的提升冶金自动化的灵活程度,基于此能够灵活的选取控制率,而且还具有很强的适应性,能够通过控制器实现对参数调整良好控制。此外,专家控制能够应用于多种不同的工作环境,对于设备的运行安全和运行效率都有重要的作用,从而提升冶金自动化生产过程的安全性和生产效率。网络神经控制是建立在模拟人脑神经元活动的基础上建立的一种人工智能技术,网络建模技术是其实现的原理和依据,目前这种人工智能技术已经在很多领域和技术层面上得到了应用,对其的研究也十分的广泛,在未来将其应用到冶金自动化之中,对于提升冶金自动化的控制效率有着重要的意义。

  1.4 冶金过程控制

  在冶金自动化在中,对其生产过程进行有效的检测和控制对于提高生产的质量和效率具有十分重要的作用。当前通过应用新型的传感器以及软件测技术来对冶金过程进行监控,能够有效的掌握生产过程中的关键参数,从而及时的对生产过程进行有效的控制,保证生产的质量和效率。

  其中,在冶金环境下的环境排放的实时监测技术等都是面向于冶金生产全过程中,为了实现全生产过程的自动化控制目标。例如,通过冶金过程的检测与在线监测技术能够实现对于冶炼过程中铁水、钢水以及熔渣等目标的实时监测,检测其实时温度与元素等,通过检测钢水的纯净度能够对生产的目标进行提前的预控。此外,在冶金生产过程中还会对钢材产品的温度、尺寸、元素值范围、组织缺陷以及废气和烟尘等进行全线监控,为了提高整个自动化控制的闭环控制度,目前冶金生产自动化技术已经形成了基于机理模型、专家系统、神经元系统、统计分析、支撑矢量机等技术于一体的生产过程控制系统,为了进一步提升这个控制系统的有效性,保证生产的质量和效率,并且实现节约能源和保护环境的目标,可以应用自适应智能控制系统,通过这一系统能有效提升冶金生产过程的控制效率。

  1.5 故障诊断过程中的应用

  人工智能故障诊断技术中包含了模糊理论、专家系统和神经网络等人工智能技术,能够对冶金自动化生产过程中的电气故障进行准确的诊断。在实际的生产过程中,由于会受到多方面因素的影响,冶金设备难免会出现一些故障隐患,如果没有及时准确的检测到故障隐患的存在并采取及时的措施予以排除,可能会造成严重的损失。应用传统的技术进行故障的检测,不仅需要投入大量的时间、人力和物力资源,而且诊断的准确率并不高,也难以采取有效的措施来解决问题。而通过应用人工智能诊断技术,将神经网络、专家系统和模糊理论进行充分的结合,利用人工智能来进行故障隐患的诊断和排除,具有十分高的效率和准确性,对于保证生产安全和生产效率具有十分重要的作用。

  2 冶金智能化发展的战略思考

  计算机技术的应用解决了许多冶金自动化过程中存在的问题,推动了冶金自动化的发展,但是随着冶金自动化技术的不断发展,新的问题也随之出现,需要应用人工智能技术进行解决,而冶金行业的发展已经从计算机化于自动化向冶金的智能自动化方向发展。为了推动我国冶金智能化的进一步发展,笔者从以下几方面提出一些建议。

  (1)加大对于冶金专家系统的研究力度,开发功能更加强大、全面的专家系统,专家系统开发示意图如图2所示。例如,可以在规则、模型和框架技术的基础之上来建立综合专家系统,还可以借助网络技术,在其基础之上建立基于web的综合型专家系统,使专家系统技术水平不断提升,解决冶金自动化过程中面临的问题,促进冶金行业的进一步发展。

  图2 专家系统开发示意图

  (2)加大研发力度,努力开发基于计算机智能技术的智能建模、优化以及控制系统。通过深入研究生产的特点以及工艺的要求,应用模逻辑、进化计算、神经网络以及粒子计算等先进的技术来建立新的智能算法模型,通过综合的应用智能计算和知识工程技术等来进行新型的智能控制系统以及监控系统的设计和建设工作,提升智能控制和监控系统的技术水平,使其能够更加稳定、准确的运行,促进生产经济效益的提升。

  (3)进一步个推广冶金机器人的使用。随着社会的不断发展,人们对于自身健康以及环境保护的要求都越来越高,冶金的安全和绿色生产已经成为了发展的必然趋势,而且在人力成本不断提升、经济发展对于节能减排以及高效环保的要求越来越高的背景下,应用智能机器人进行冶金生产已经成为了大势所趋。通过应用智能机器人进行工业生产,同时也不失为一种促进结构调整和转型升级的重要方法。因此需要大力推广冶金机器人的使用,推动冶金行业的发展。

  (4)在借鉴西方先进技术的基础之上,加大研发力度,进行全面的规划,促进冶金行业向智能化方向发展,促进冶炼和轧制生产过程的智能化,并实现智能化的冶金生产和管理。

  (5)实现冶金智能化软件的国产化。加大冶金生产科学方面的研究工作,进行具有自主产权的智能化冶金软件和平台的开发工作,并将其用于新型专家系统、智能控制系统的开发、设计以及应用的工作中去,提升冶金智能化控制的水平。同时加大和国外先进技术水平国家之间的交流,引进先进的冶金设备,并且做好设备的国产化工作,提升我国冶金设备的技术水平。

  (6)提升冶金企业的管理水平。冶金自动化的智能化离不开先进管理水平的支持,因此为了更好的提高冶金生产的智能化水平,需要提升冶金企业的管理水平。通过对企业信息管理系统进行技术改造,并应用先进的代管理理念和先进管理技术来提高企业管理水平,实现冶金企业的智能化和、管理,为冶金智能化奠定良好的基础。

  (7)加大人才的培养力度。冶金工业的智能化发展离不开高水平技术和管理人才的支持,因此需要加大各领域不同层次人才的培养力度,让人才来推动我国冶金工业的智能化发展,促进冶金行业的创新、安全以及绿色环保等方向的发展。

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